조형예술에 활용되는 실리콘 몰드에 관한 연구 : 축합형 실리콘, 부가형 실리콘을 중심으로

김영옥(Kim, Young-ock),조완희(Cho, Wan Hee) 한국디자인리서치학회 2021 한국디자인리서치 Vol.6 No.1

최근 다양한 예술 분야에서 다채로운 소재나 매체의 활용으로 표현의 범주가 넓어지고 자유롭고 예술적인 표현이 지향되면서 주제나 개념, 감정의 표현이 확대되고 있다. 조형 예술의 많은 분야에서 다양한 재료의 활용은 소재 자체로서의 가치에서 개념적 가치를 표상하는 물건으로 그 의미를 변화시켰으며 새로운 재료와 기술의 예술적 잠재력으로 표현의 영역을 확장했다. 현대 미술에 활용되는 다양한 소재 중 합성수지는 지난 세기 50년대 이후 등장한 대표적인 신소재이며, 그중에서도 실리콘(silicone)은 인체에 무해하고, 유동성이 있으며, 착색이 용이하고, 이형성이 뛰어난 특징을 가지고 있다. 이러한 속성들에 의해서 다양한 조형 가능성을 인정받고 있으며, 예술계뿐만 아니라 사회 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 본 연구는 실리콘의 재료 특성을 고찰하고, 조형물 제작에 많이 활용되는 실리콘 몰드(mold)의 대표적인 두 종류, 축합형 실리콘(Tin-cure silicone)과 부가형 실리콘(Platinum-cure silicone)의 물성을 분석하고 활용성에 대해 분석하였다. 또한, 레진, 실리콘, 향초, 비누 등 일상 사물과 합성수지 재료를 중심으로 실리콘 몰드의 종류별 활용할 수 있는 소재와 수축률에 따른 오차 범위 및 경화 불량의 원인에 대하여 살펴보았다. 기능적, 표현주의적 재료로서 조형예술 분야 및 디자인 제작과정에서도 모형 제작 용도로 많이 사용하고 있는 실리콘은 앞으로 활용이 더욱 기대되는 소재라고 할 수 있다. 그 특성을 고찰하여 맞는 사용범위와 방법 등을 알아보고, 조형물 제작과정에 적절한 몰드 종류 및 활용방안을 제시한다. 이를 통해 다양한 소재의 활용 범위를 넓혀 재료적 표현 영역의 확장 가능성을 제시한다. Recently, the use of various materials and media in different art fields has widened the category of expression and has expanded the expression of themes, concepts, and emotions as without boundaries and artistic expressions are oriented. The use of various materials in many fields of formative art has changed its meaning from the value of the material itself to the object representing the conceptual value and has expanded its scope of expression with the artistic potential of new materials and technologies. Among the use of multiple materials in modern art, synthetic resin has emerged since the 50s of the last century, and silicone has been widely used in various ways because of its harmless to the human body, liquidity, easiness to color, and it is easily detached. These attributes recognize the infinite possibilities of formative art and are widely used in various fields of society as well as in art. This study considered the material properties of silicone, and analyzed the two typical types of silicone molds widely used in the fabrication of objects which are the tin-cure silicone, and the platinum-cure silicone properties, and analyzed their usability. It also explored the allowable error and causes of curing defects according to the shrinkage rate and materials available for each type of silicone mold, focusing on objects such as resin, silicone, scented candle, and soap. Silicone, which is a functional and expressive material and is often used for modeling in the field of formative art and design production, is expected to be used in the future. The scope, methods, etc. of appropriate use shall be recognized by considering its characteristics, and the types and utilization of molds appropriate for the process of making sculptures shall be presented. Through this, it present the possibility of expanding the area of material representation by expanding the scope of utilization of various materials.

태양광 폐실리콘 웨이퍼 회수 실리콘을 활용한 탄화규소 분말 합성

이윤주,권오규,선주형,장근용,최준철,권우택 한국자원리싸이클링학회 2022 資源 리싸이클링 Vol.31 No.5

Silicon carbide powder was prepared from carbon black and silicon recovered from waste solar panels. In the solar power generation market, the number of crystalline silicon modules exceeds 90%. As the expiration date of a photovoltaic module arrives, the development of technology for recovering and utilizing silicon is very important from an environmental and economic point of view. In this study, silicon was recovered as silicon carbide from waste solar panels: 99.99% silicon powder was recovered through purification from a 95.74% purity waste silicon wafer. To examine the synthesis characteristics of SiC powder, purified 99.99% silicon powder and carbon powder were mixed and heat-treated (1,300, 1,400 and 1,500 °C) in an Ar atmosphere. The characteristics of silicon and silicon carbide powders were analyzed using particle size distribution analyzer, XRD, SEM, ICP, FT-IR, and Raman analysis. 태양광 폐실리콘 웨이퍼에서 회수한 실리콘과 카본블랙을 활용하여 탄화규소 분말을 제조하였다. 태양광 발전시장에서 결정질 실리콘 모듈이 90% 이상을 차지한다. 태양광 모듈의 사용기한이 도래함에 따라 환경과 경제적인 측면에서 실리콘을 회수하고 활용하는 기술은 매우 중요하다. 본 연구에서는 태양광 폐패널에서 회수한 실리콘을 탄화규소 원료로 활용하기 위하여, 순도 95.74% 폐실리콘 웨이퍼로부터 정제과정을 거쳐 99.99% 실리콘 분말을 회수하였다. 탄화규소 분말 합성특성을 살펴보기 위하여, 정제된 99.99% 실리콘 분말과탄소분말을 혼합한 후, Ar 분위기에서 열처리(1,300℃, 1,400℃, 1,500℃)과정을 수행하였다. 실리콘과 탄화규소 분말의 특성을 입도분포, XRD, SEM, ICP, FT-IR 및 Raman 분석기를 사용하여 분석하였다.

실리콘을 소재로 한 장신구 연구

이광선 한국기초조형학회 2014 기초조형학연구 Vol.15 No.6

One of some features of modern jewelry that has come into the jewelry scene since 1950sisthat it started to use more materials. Therefore, the aspect of the material that had beenneglected until that time, was moved in the foreground of the jewelry design and the jewelrywas considered from this aspect and produced. Thus, new forms of jewerly began to be made. Silicon is one of such materials. This study attempts to analyse what features it has, whatmade it used as a material of modern jewelry, which silicon jewels have now been produced,and which design options from silicon for jewelry there can be. Silicon, which was producedartificially at the beginning of the 20th century, has unlimited design possibilities, has no harmto human body, can be colored as many. Above all, it is cheap. Thanks to these properties, italready finds its enormous uses in various sectors of society. However, it is not until recentlythat it has been used in the jewelry scene as material, and most of the silicon-jewelry wasdesigned simply to imitate things both in nature and in culture, resulting in unvaried products. In fact, it has unlimited design possibilities and this deficiency in design can be overcome soon. For a lot of artists will develop aesthetic concepts in due consideration of why silicone must beused. If jewelry is to be made from silicone, it has to show both aesthetic design concepts andmanual skills of jewelry artist. To make this clear, here is a silicone jewelry analyzed, whichtakes the variable relationship between the body and the jewelry as aesthetic concept. Thisanalysis shows a new silicone jewelry that exceeds through the combination with the metalthe material limit of silicon and simultaneously makes the materiality of silicone clear. This is aresult from the cooperation of craft technique, design concept and aesthetics. 지난 세기 50년대 이후 장신구계에 등장한 현대 장신구의 특징 중의 하나는 장신구가 다양한 재료를 사용한다는 점이다. 그때까지 부각되지 않던 소재의 관점은 이제 장신구디자인에서 전면에 나타나고 장신구는 이 관점에서 만들어졌으며. 그 결과 새로운 장신구들이 만들어진다. 실리콘은 그런 소재 중의 하나이다. 이 연구는 실리콘이 어떤 속성으로 인해 현대 장신구의 신소재로 이용되는지, 지금까지 어떤 실리콘 장신구들이 만들어졌는지, 마지막으로 지금까지의 실리콘 장신구와는 다른, 실리콘의 조형 가능성에 대해서 분석하고자 했다. 20세기 초에 인공적으로 만들어진 실리콘은 무한한 조형가능성을 가지고 있으며 신체에 유해하지 않고 원하는 칼라를 낼 수 있다. 무엇보다 비교적 가격이 저렴하다. 이런 속성들에 의해서 실리콘은 이미 사회의 다양한 분야에서 광범위하게사용되고 있다. 그러나 실리콘이 장신구계에서 소재로 사용된 시점은 그다지 오래되지 않았으며 그런 까닭에 거의 모든 실리콘 장신구들은 단순히 자연이나 문화에 존재하는 사물들을 복제하는 식으로 만들어졌다. 따라서 이것들은 장신구의 좋은 미적 질을 보여주지 못한다. 이런 한계는 극복될 수 있는데, 그렇기 위해서는 왜 실리콘이사용되어야만 하는지에 대한 물음을 고려해서 심미적 컨셉을 발전시켜야만 한다. 이에 대한 예로 신체와의 관계성을 주제로 삼은 실리콘 장신구를 분석해서 실리콘의 물성을 극대화하면서 다른 소재와의 결합을 통해 실리콘이 가진 소재적 한계성을 넘어서 수공예적 기술과 조형적 컨셉 그리고 심미성을 보여주는 실리콘 장신구의 또 다른 조형가능성을 제시했다.

견운모의 표면개질에 따른 기초물성연구

김창욱,정인,윤성렬,한승희 광운대학교 신기술연구소 1997 신기술연구소논문집 Vol.26 No.-

견운모는 천연적으로 초미립의 판상형에 의한 윤활성이 뛰어난 광물 중 하나이지만, 광물 본질이 지니는 흡수력으로 인하여 정밀화학 공업분야에서 이용할 때 소수성이 떨어지므로 견운모 미립자의 표면개질이 불가피하다. 따라서 본 연구에서는 실리콘오일과 금속비누를 이용하여 견운모 미립자에 표면개질을 시행함으로써 기초 물성변화를 관찰하였다. 이러한 연구를 수행하기 위하여 평균 약10μm의 정제견운모 미립자에 세 가지 종류의 실리콘오일을 흡착시켜 표면처리한 후 실리콘오일에 흡착된 각 미립자 산물의 소수성 및 내유성 실험을 시행하였다. 또한 적외선 분광법을 이용한 기기를 사용하여 견운모 표면에 오일이 흡착되었는지 조사하였으며, 열감량분석기를 이용하여 실리콘 흡착량에 따른 감량변화를 조사하였다. 그리고 그 특성이 우수한 실리콘의 함량비를 기준으로 견운모미립자에 금속비누를 표면처리한 후 그 특성을 비교하였다. 견운모 미립자에 실리콘오일의 흡착 후 소수성 및 내유성이 가장 우수한 실리콘 오일과 견운모의 중량비는 KSDMPS 6wt%일 때였다. 적외선분광기기를 이용하여 견운모에 실리콘오일 흡착확인을 하여 본 결과 흡착이 되었음을 확인하였고, 실리콘오일 함량이 늘어감에 따라 그 피크가 커짐을 확인 할 수 있었다. 이 또한 열감량분석기로 확인하였으며, 실리콘오일의 함량에 따라 막 두께도 조정됨을 알 수 있었다. 소수성과 내유성이 가장 우수한 KSDMPS는 6wt%일 때 소수성은 70.50%였고 내유성은 43.75%였다. 그리고 금속비누로 표면개질하였을 때와 소수성을 비교하여보면 실리콘오일로 표면개질 하였을 때 소수성이 우수하였다. Sericite is known to be an excellent natural lubricant due to fine particle texture and tabular crystal structure. However, the surface must be specially treated because sericite also possesses the water absorbing property. In this study, we investigated effects of silicone oil and metal soap on Sericite’s fine particle texture and other properties. Surface treatment effects of three different kinds of silicon oil on purified sericite particle having the mean of l0μm were studied and the changes in water and oil repellence were investigated. Through IR spectrometer, silicon oil adsorption on sericite particle was investigated, and thermogravimetric analysis was used to study the reduced adsorption of silicon oil on sericite particle surface. By taking the best parameters of silicon oil amount into consideration, the study on surface treatment using metal soap was carried out. Finally, the surface treatment effects of metal soap and silicon oil were compared. The optimum water and oil repellence was when the sericite fine particle adsorbed with silicon oil at the ratio of KSDMPS 6wt%. It was found that the surface treatment by silicon oil was superior to the treatment by metal soap in water repellence.

실리콘 고무 주형 제작에 관한 연구

임광조(Im, Kwang-cho) 한국조형디자인학회 2010 조형디자인연구 Vol.13 No.3

실리콘 고무는 미국의 다우코닝사에서 1942년에 상업화한 이래로 과학의 발전과 더불어 비약적인 발전을 거듭하여 오늘날 첨단 산업의 소재로부터 우리의 인체 내부의 보형물에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있다. 현재 미술 분야에서도 실리콘 고무는 특유의 성질인 신축성과 내구성을 바탕으로 하여 작품 제작에 널리 사용되고 있으며, 그중에서도 귀금속공예 분야에서는 캐스팅 기법의 고무주형으로 가장 많이 사용되고 있다. 이것은 귀금속공예 분야에서의 획기적인 성장을 이룩하는 계기가 되었다. 1940년대 이전에는 귀금속 제품의 제작방식이 주로 일품(一品)작업이 주류였지만 이후 실리콘 고무의 개발로 인하여 그 특성을 활용한 고무주형이 만들어지게 되었고, 이를 통하여 양질의 왁스 패턴이 양산되고, 이는 곧 귀금속의 품질향상과 대량생산의 체계를 이룩하게 되었기 때문이다. 그 후로 다양한 실리콘 고무가 개발 되었고, 귀금속 제품의 생산성과 품질 향상에 지속적인 기여를 하고 있다. 그럼에도 불구하고 국내 귀금속 분야에서는 실리콘 고무주형에 관한 지식은 편협(編狹)하거나, 알고 있어도 오인(誤認)하고 있는 경우가 대부분이어서 심도 있는 연구가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 금속공예 분야, 특히 귀금속 분야에서 사용 되어지는 실리콘 고무의 체계적인 정리와 더불어 그 특성에 맞는 사용범위와 방법 등을 알아보고 또한 귀금속 캐스팅에서 필수과정인 실리콘 고무로 제작 되어진 주형(鑄型)의 제작기법과 절개의 과정을 상세하게 제시하고자한다. Since the Dow Corning's strong commercialized drive, the development of Science marks a quantum leap forward in the field of silicone rubber, which is very closely related in our daily lives, from the high technology to the human body's implant. And the art area, silicone rubber's flexibility & durability, its natural character, has made widely used in the production of art works, above all silicone rubber of the lost wax casting in the part of the fine jewelry is widely used. The introduction of the silicone rubber mold in the part fine jewelry contributes & represents to a great growth in the part of the fine jewelry. Before 1940, the style of production in the fine jewelry. handicraft is the main current but owing to the development of the silicone rubber, rubber mold could make a use of its specific character. In relation to that the high quality's wax pattern is mass-produced which means that fine jewelry's improvement in quality & mass production could be accomplished. Afterwards diverse silicone rubber are developed & evolved which has made a great contribution to the fine jewelry's constant productivity & high quality. Nevertheless, as you fully understood in nowadays, the knowledge in the silicone rubber mold of the fine jewelry is very narrow-minded or misunderstanding, so what we really need is to have a deeply concerned research. This study want to show the silicone rubber's systematic wrap-up for the part of metal craft, specially in the field of the fine jewelry, and its useful range & method. And then a required process in the jewelry casting would be descriptive of the technique in production of mold and the process in cutting which is made up silicone rubber.

실리콘밸리 플랫폼 기업생태계의 성공요인에 관한 탐색적 연구: IPA 분석과 질적 분석을 중심으로

정연승,이성호 한국벤처창업학회 2023 벤처창업연구 Vol.18 No.1

최근 글로벌 시장에서 플랫폼 산업이 급격히 성장함과 동시에 경쟁이 심화되고 있으며, 향후 다양한 산업분야와 접목하여 플랫폼 산업의 영역과 범위는 더욱 확대될 전망이다. 따라서 플랫폼 시장에서 국내 플랫폼 기업들이 글로벌 경쟁력을 갖추기 위해서는 플랫폼 비즈니스 생태계 및 성공요인에 대한 연구가 필요하다. 그러나 최근 플랫폼 관련 연구는 플랫폼 비즈니스 현황분석, 플랫폼 경제, 플랫폼의 간접 네트워크 외부성 등의 특성에 관한 이론적 연구가 대부분을 차지했다. 따라서 본 연구는 기존 선행연구들에서 제안되고 있는 실리콘밸리 기업생태계의 성공요인들을 통합적으로 분석하고, 동시에 실제 실리콘밸리 플랫폼 기업생태계의 이해관계자들을 대상으로 추출된 성공요인들을 분석하였다. 그리고 이러한 요인들을 기반으로 플랫폼 기업생태계 이해관계자들에게 성공방안을 제안하기 위한 방안으로 IPA분석과 심층인터뷰(in-depth interview)를 진행하였다. 분석 결과, 선행연구들을 통해 수집한 성공요인들 중 비교적 현재 실리콘밸리에서 중요도와 만족도가 모두 잘 유지되고 있는 요인은 인력, 자본, 도전문화가 확인되었다. 결국 현재의 실리콘밸리가 우수한 인적자원과 풍부한 자본을 바탕으로 이를 활용해 마음껏 도전해볼 수 있는 환경과 문화가 조성된 것이 실리콘밸리의 플랫폼 비즈니스의 성공에 가장 크게 기여하고 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 실리콘밸리의 플랫폼 기업생태계에 있어서 중요도는 높지만, 현재 이해관계자들의 만족도가 상대적으로 낮게 나타나는 요인으로는 ‘활발한 기업 간의 학습과 벤치마킹’, ‘구성원 간의 강한 유대감과 협력관계’임을 확인되었고, 향후 해당 요인들을 강화하기 위한 관심과 노력이 필요한 것으로 분석되었다. 마지막으로 최소한의 관리만이 필요한 요인들은 시장의 자율경쟁에 필요한 제도 및 정책들과 ‘기업지원 서비스 산업’, ‘네임밸류’, ‘분사창업’ 등이었으며, 이러한 요인들은 문헌조사에서는 중요하게 지적되었지만, 시대와 환경의 변화로 인해 그 중요도와 만족도에 있어서 우선순위가 낮아졌다는 연구결과가 도출되었다. 본 연구는 기존 선행연구들에서 제안되고 있는 실리콘밸리 기업생태계의 성공요인들을 통합적으로 분석하고, 동시에 실제 실리콘밸리 플랫폼 기업생태계의 이해관계자들을 대상으로 추출된 성공요인들을 분석하였다는데 이론적 의의를 찾을 수 있다. 또한, 추출된 다양한 요인들을 기반으로 IPA 분석을 통해 중요도 및 만족도를 동시에 살펴보았다는 점에서 또 다른 학문적 의의가 있다 하겠다. 실무적인 시사점으로는 정부 및 기업에게 국내 플랫폼 기업의 성장을 위한 이론적 근거와 플랫폼 기업 생태계의 성공요인에 대한 구체적인 정보를 제공함으로써 국내 플랫폼 생태계 형성에 기여하였다는 점에서 의의를 가진다. Recently, the platform industry is rapidly growing in the global market, and competition is intensifying at the same time. Therefore, in order for domestic platform companies to have global competitiveness in the platform market, it is necessary to study the platform business ecosystem and success factors. However, most of the recent platform-related studies have been theoretical studies on the characteristics of platform business status analysis, platform economy, and indirect network externalities of platforms. Therefore, this study comprehensively analyzed the success factors of Silicon Valley's business ecosystem proposed in previous studies, and at the same time analyzed the success factors extracted from stakeholders in the actual Silicon Valley platform business ecosystem. And based on these factors, an IPA analysis was conducted as a way to propose a success plan to stakeholders in the platform business ecosystem. As a result of the analysis, among the success factors collected through previous studies, manpower, capital, and challenge culture were identified as factors that are relatively well maintained in both importance and satisfaction in Silicon Valley. In the end, it can be seen that the creation of an environment and culture in which Silicon Valley can use it to challenge itself based on excellent human resources and abundant capital contributes the most to the success of Silicon Valley's platform business. On the other hand, although it is of high importance to Silicon Valley's platform corporate ecosystem, the factors that show relatively low satisfaction among stakeholders are 'learning and benchmarking among active companies' and 'strong ties and cooperation between members', and it is analyzed that interest and effort are needed to strengthen these factors in the future. Finally, the systems and policies necessary for market autonomous competition, 'business support service industry', 'name value', and 'spin-off start-up' were important factors in literature research, but the importance and satisfaction of these factors were lowered due to changes in the times and environment. This study has academic implications in that it comprehensively analyzes the success factors of Silicon Valley's business ecosystem proposed in previous studies, and at the same time analyzes the success factors extracted from stakeholders in the actual Silicon Valley platform business ecosystem. In addition, there is another academic implications that importance and satisfaction were simultaneously examined through IPA analysis based on these various extracted factors. As for academic implications, it is meaningful in that it contributed to the formation of the domestic platform ecosystem by providing the government and companies with concrete information on the success factors of the platform business ecosystem and the theoretical grounds for the growth of domestic platform businesses.

PVDF를 이용한 실리콘 입자의 탄소코팅 및 코팅된 입자를 음극재로 사용한 리튬이온 배터리의 용량 유지율 개선

김정현(Junghyun Kim),정진수(Jin-Su Jung),이교우(Gyo Woo Lee) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.5

본 연구는 리튬이온 배터리의 음극재로 사용되는 실리콘의 팽창을 개선하기 위해 PVDF를 이용해 실리콘에 탄소를 코팅하고, 음극재로 사용하여 배터리의 충방전 용량 유지율을 개선하는 것을 목표하였다. 실리콘 덩어리를 밀링 처리하여 제조한 실리콘 입자에 탄소코팅 전구물질로 PVDF를 사용하여 탄소코팅된 실리콘 음극재를 제조했고, 이를 바탕으로 리튬이온 코인셀을 제작하고 테스트하여, 방전용량유지율 개선을 측정하고 고찰하였다. PVDF로 탄소코팅한 실리콘 입자에 결정질 탄소층이 존재하는 것을 SEM, EDS, Raman shift, TEM 분석 등을 통해 관찰하였으며, 충방전 실험을 통해 용량 유지율은 초기 용량 대비하여 실리콘 입자 탄소코팅 전 0.5%에서 탄소코팅 후 44.0%로 상승한 것을 측정할 수 있었다. 이를 통해 PVDF를 이용해 탄소코팅하여 실리콘을 개질하는 방법으로 리튬이온 2차전지의 용량유지율을 개선할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 연구에서는 본 탄소코팅 방법을 최적화한 후 실리콘 산화물에 적용해 리튬이온 배터리용 음극재로 활용하고자 한다. This study aimed to improve the charge/discharge capacity retention rate of lithium-ion batteries by coating carbon on silicon, an anode material, using polyvinylidene difluoride (PVDF) to prevent the expansion of silicon. PVDF was used as a precursor for coating carbon on silicon particles produced by milling a silicon mass. Accordingly, a lithium-ion coin cell was manufactured and evaluated to measure the improvement in its discharge capacity retention rate. The presence of a crystalline carbon layer on the silicon particles coated using PVDF as a precursor was observed through scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, Raman spectroscopy, and transmission electron microscopy analyses. Through charge and discharge experiments, the capacity retention rate was determined to be 0.5% before the carbon coating of the silicon particles, as compared with the initial capacity. This value increased to 44.0% after the carbon coating. Thus, it was observed that the capacity retention rate of lithium-ion secondary batteries can be improved by modifying silicon through carbon coating using PVDF. In future studies, this carbon coating method will be optimized and applied to silicon oxides, which will be used as an anode material for lithium-ion batteries.

리튬이차전지의 차세대 음극 실리콘의 바인더 설계

박보근(Bo Keun Park),김기재(Ki Jae Kim) 한국전지학회 2022 한국전지학회지 Vol.2 No.1

리튬 이온 배터리의 높은 에너지 밀도 요구를 충족시키기 위해 차세대 소재로 더 높은 이론 용량을 가진 여러 후보들이 있다. 그 중 대표적인 차세대 음극물질이 실리콘이다. 실리콘은 높은 이론용량(4200 mAh/g for Li4.4Si)을 보이며 이는 현재 널리 사용되고 있는 흑연(graphite)의 이론 용량(372 mAh/g for LiC6)의 10배 이상의 높은 수치이다. 하지만 실리콘 음극의 경우 충전과 방전이 반복될 때 낮은 안정성과 초기효율이 문제가 되고 있다. 이는 실리콘으로 리튬이 들어오는(lithiation) 과정에서 300%의 부피팽창이 발생하고, 리튬이 나가는 과정에서 부피의 수축이 일어나는 반응이 반복되기 때문이다. 그래서 실리콘의 부피팽창을 막고 배터리의 안정성을 높이는 연구가 주로 진행 중이다. 특히 실리콘 음극 연구의 큰 틀로 음극제조에 사용되는 고분자 바인더를 개발하는 연구가 진행되고 있다. 실리콘 전극에서 바인더의 역할은 단순히 도전재와 활물질을 물리적으로 묶어주는 역할만이 아닌 물질에 따라서 실질적으로 성능에 큰 영향을 주는 요소로 작용한다. 예를 들어 음극 활물질인 실리콘입자에서 형성되는 SEI(solid electrolyte interface) layer의 형성과 안정화에 기여하며 그리고 실리콘입자의 자가 회복(self-healing) 기능을 부여할 수 있다. 또한 전도성 고분자로 전자전도에 관여하는 등의 전기화학적 성능향상에 큰 도움을 준다. 이 리뷰 논문을 통해 기존 통용되어 온 기본적인 고분자 바인더와 그동안의 연구들을 통해 제시된 다양한 바인더를 소개하고 그들의 특성들을 분석하려 한다. 아울러 실리콘 음극에서의 부피변화 문제를 해결하기 위해 합리적인 바인더 설계와 개발방향을 제시하고자 한다. To satisfy the high energy density request in lithium ion batteries, there are several candidates with higher theoretical capacities as next generation materials. Silicon is candidates for next-generation electrode materials in lithium ion batteries because of its low operation voltage (0.4 V vs Li/Li+), and high theoretical capacity (4200 mAh/g for Li4.4Si) that is more than 10 times that of commercialized graphite (372 mAh/g for LiC6). However, there is a problem that must overcome for the commercialization of silicon anode. Silicon electrodes exhibit low stability and initial efficiency during charging and discharging. This is because severe volume change (300%) occurs during process of lithiation and delithiation. To improve these problems, researches have developed mainly to develop polymeric binders used in the silicon electrode. In silicon electrodes, Binder can play as a role that has multifunctional features that make significant effect on electrochemical performance depending on the material as well as physically binds the conductive material and the active material. For instance, binder can contribute to formation and stabilization of solid electron interface layer (SEI) of silicon particles, and it also provide self-healing functionality for silicon particles. Furthermore, It can help to improve electrochemical performance by engaging in electronic conduction as conductive polymers. Herein, I introduce basic polymeric binders that have been used, and various binders presented through previous studies, and try to analyze their characteristics. as well as suggest reasonable binder design and development direction. finally, we identify and purpose reasonable binder design and development directions to address the volume change problem of silicon.

타원편광분광법 및 수소삼출법을 이용한 박막 실리콘의 증착온도 변화에 따른 미세구조 상관관계 연구

김가현 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.5

본 연구에서는 타원편광분광법 및 수소삼출법을 이용한 박막 실리콘 재료의 재료물성 분석결과를 다룬다. 비정질 실리콘 계열 박막 실리콘 재료는 결정질 실리콘과 다른 특징적 물성을 보이는데, 대표적으로재료의 밴드갭이 결정질 실리콘의 1.1 eV에 비해 광폭으로 1.7 eV 정도이며, 결정질 실리콘에 비해 높은흡광계수 및 직접천이 반도체와 같은 거동 등이 있다. 타원편광분광분석법은 시편에 조사된 빛의 편광상태변화를 관찰하는 기법으로 재료물성의 관점에서는 간접적인 분석법이다. 이를 재료에 대한 의미있는정보로 변환하기 위해서는 측정결과의 정확한 모델링이 필수적이다. 실리콘 박막의 물성 분석을 위해토크-로렌츠 분산모델(Tauc-Lorentz dispersion model)을 사용하였다. 타원편광분광법을 이용한 박막실리콘 재료의 측정결과를 토크-로렌츠 분산모델을 적용하여 분석하는 방법 및 수소삼출 실험결과와의비교를 통한 분산모델의 적정성 검증에 대한 논의를 다룬다. We analysed the material properties of thin-film silicon materials by using spectroscopic ellipsometry and hydrogen effusion. Hydrogenated amorphous silicon and the related thin film silicon material showed material properties significantly different from those of crystalline silicon, such as a wider band gap of about 1.7 eV, instead of the 1.1 eV in crystalline silicon, an elevated absorption coefficient, and characteristics of a direct bandgap. From a material point of view, an ellipsometry measurement is an indirect measurement because the result is usually given by a change in the polarization state of the probe light, so the ellipsometry measurement result must be transformed into meaningful parameters by modeling the measurement result. We used Tauc-Lorentz dispersion to model the ellipsometry measurement of the thin silicon film. In this paper, we discuss the modeling of spectroscopic ellipsometry data from thin-film silicon materials and the verification of the modeling result by using data from a complementary hydrogen effusion experiment

삼척에서 채광된 석탄소재를 활용한 실리콘 나노입자 생산

이승환,심주용,김태환,김성범 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集B Vol.47 No.8

The importance of carbon neutrality has been increasing worldwide, leading to a rapid transition to eco-friendly energy sources. As a result, there is an explosive demand for high-capacity rechargeable batteries. Li-ion batteries with silicon-containing anode, which have a nanostructure, are being developed as they have a higher charge storage density than graphite anode. However, the production cost of silicon nanoparticles is critical huddle for commercialization. In this study, silicon nanoparticles were synthesized using low-cost silicon precursor silica and various carbon materials. Carbon black, graphite, and coal which was mined in Samcheok city were tested for carbon materials. When a laser beam of 1 kW was radiated onto powders mixed with silica and carbon material, silicon nanoparticles with a size range of 10-120 nm were produced. The characteristics of the synthesized nanoparticles were examined using SEM, XRD, and XRF, confirming the presence of crystalline silicon in all powders. The experimental results using coal-mixed powder showed the highest silicon content and productivity among all the materials. 세계적으로 탄소중립의 중요성이 높아지고 있어 친환경에너지로의 전환이 빠르게 이루어지고 있다. 그로 인해 고용량 이차전지의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 나노 구조를 갖는 실리콘을 음극으로 적용한 Li-ion 배터리는 흑연 음극 대비 전기저장밀도가 높아 개발이 가속되고 있다. 하지만 양산형 배터리에 적용하기에는 나노 구조를 갖는 실리콘의 가격이 높다는 단점이 있다. 본 연구에서는 염가의 실리콘 전구물질인 실리카와 다양한 탄소 소재를 원료로 이용하여 실리콘 나노입자를 합성하였다. 탄소 소재로는 카본블랙, 흑연 및 삼척에서 생산된 석탄을 이용하였다. 각각 실리카와 탄소 물질을 혼합한 파우더에 1 kW의 레이저빔을 조사한 결과 10 ~ 120 nm의 실리콘 나노입자가 생성되었다. 생성된 나노입자의 특성을 확인하기 위해 SEM, XRD, XRF를 측정하였고 결정질 실리콘이 모든 파우더에서 검출되었다. 석탄을 혼합한 파우더를 이용한 실험결과가 실리콘의 함량과 생산성 면에서 모두 가장 높았다.